某高速公路項目阻燃瀝青性能研究

李文軍 謝貴龍

摘要：文章結合河百高速公路某標段長隧道瀝青路面工程，研究該項目阻燃瀝青混凝土各方面的性能，并對比常規的改性瀝青混凝土路面，從瀝青至混合料成品，分別從各個階段試驗分析阻燃劑對于瀝青路面的影響。

關鍵詞：阻燃瀝青;SBS改性瀝青;三大指標;閃燃點;氧指數;煙密度等級;性能指標;阻燃效果

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：1O.13282/j.cnki.wccst.2019.07.01O

文章編號：1673-4874（2019）07-0028-04

0引言

我國山嶺重丘較多，地形復雜，隧道工程在我國高速公路建設過程中有著不可忽視的地位。瀝青混凝土路面由于其噪音小、維修方便、抗滑性好、行車舒適等優點而被廣泛采用作為隧道路面結構層。然而隧道作為一個通風性能差、活動空間小的半封閉路段，一旦發生交通事故引起火災，瀝青在高溫作用下會融化形成助燃劑并產生大量有毒有害氣體，造成重大的人員傷亡。阻燃瀝青的出現大大降低了隧道火災過程中造成的損失，因此對于阻燃瀝青各方面性能的探索也在不斷進行中。

1工程背景

河百高速公路某標段共有三座長隧道，隧道內路面結構層為20cm混凝土基層+28cm混凝土面層+改性瀝青粘結防水層+6cmAC-20C SBS改性瀝青混凝土下面層+熱瀝青粘層+4cmAC-13C SBS改性阻燃瀝青混凝土上面層。阻燃瀝青采用AP復合阻燃劑，摻量為瀝青含量的6%。瀝青混凝土為連續級配骨架密實型的AC-13C;碎石采用輝綠巖母材生產，經過水洗及整形，確保碎石干凈整潔、顆粒適宜;瀝青使用殼牌SBS改性瀝青。混合料的配合比為11～16：7～11：4～7：O～4：礦粉=30：34：8：25：3，生產配合比最佳油石比為4.8%。

2SBS改性瀝青及阻燃瀝青的技術性能研究

2.1阻燃瀝青備制

本項目采用的阻燃劑為重慶伍圣建材有限公司生產的AP阻燃劑，呈白色粉末狀，其主要成分為鋁、硅結合的化合物。

稱取瀝青重量6%的阻燃劑進行阻燃瀝青的備制，將SBS改性瀝青加熱至160℃～170℃，使瀝青呈流動狀態，將阻燃劑一邊加入一邊充分攪拌均勻，完全加入后再充分攪拌10min以上，制成阻燃瀝青。

2.2阻燃瀝青及SBS改性瀝青三大指標檢測

取適量的阻燃瀝青及SBS改性瀝青進行瀝青三大指標檢測。實驗結果如表1所示。

根據表1中的數據可得出以下結論：

（1）針入度表征著瀝青的稠度，采用針入度儀進行測試。針入度越大則表明瀝青較軟，稠度越小;針入度越小則表明瀝青較硬，稠度越大。根據試驗數據可得出結論：加入阻燃劑后的阻燃瀝青針入度有小范圍的降低，瀝青的稠度有所增加，瀝青有小幅度變硬。

（2）延度表征著瀝青的塑性，即在恒定條件下，瀝青能夠拉伸的長度。延度采用延度儀進行測試，將瀝青制作成8字形標準試件，在特定條件下進行拉伸，記錄試件拉斷時的拉伸長度。延度越大表示瀝青的塑性越好，延度越小表示塑性越差。瀝青的塑性體現為瀝青的抗裂性能。根據試驗數據可以得出結論：加入阻燃劑的阻燃瀝青延度大幅度降低，降低比例高達36%，因此阻燃瀝青的低溫抗裂性能比SBS改性瀝青的低溫抗裂性能要差。

（3）軟化點表征瀝青的軟化溫度，即在特定條件下瀝青達到一定黏度時的溫度。軟化點一般采用環球法軟化點儀進行測定，將瀝青試樣放入規定尺寸的圓環中，在表面放置一顆標準重量的鋼圓球，浸入水中，逐漸加熱升溫，圓球下落至固定位置時的溫度即為軟化點。軟化點在一定程度上反映著瀝青的高溫穩定性。在針入度相等的情況下，軟化點越低，表明瀝青高溫穩定性越差，反之亦然。根據試驗數據得出結論：加入阻燃劑的阻燃瀝青軟化點小幅度增長，但是由于針入度也有小范圍的降低，所以也不能斷定其高溫穩定性就有所增加。

2.3阻燃瀝青及SBS改性瀝青閃點和燃點檢測

瀝青的閃點指的是加熱瀝青至揮發出可燃氣體和空氣的混合物，在規定條件下與火焰接觸，出現閃火時的瀝青溫度。

瀝青的燃點指的是加熱瀝青產生的氣體和空氣，與火焰接觸能持續燃燒5s以上時的瀝青溫度。

瀝青閃點試驗采用克利夫蘭開口杯法，將瀝青試樣裝入開口杯中按照一定的加熱速率進行加熱，在試樣溫度達到預期閃點前28℃開始每隔2s將點火器掃過開口杯，當出現一瞬即滅的藍色火焰時的溫度即為閃點。繼續加熱，當出現的藍色火焰持續燃燒5s以上時的溫度即為燃點。

采用SBS改性瀝青及阻燃瀝青在同等條件下進行此試驗，試驗數據如表2所示。

根據表2數據可以得出結論：阻燃瀝青相對于SBS改性瀝青，在同等溫度下基本上不占什么優勢。溫度達到一定程度時，阻燃瀝青與普通的SBS改性瀝青的性能基本一樣。

2.4阻燃瀝青及SBS改性瀝青氧指數檢測

瀝青氧指數指的是在規定的條件下，材料在氮氧混合氣體進行燃燒時氧氣占混合氣體的最低含量。瀝青氧指數采用氧指數測試儀進行測試，將試樣豎直固定在玻璃燃燒筒中，底座與產生氮氧混合氣體的裝置相連，在試樣頂端點火，當火焰剛好熄滅的時候記錄筒中的氧氣濃度，此時氧氣含量的比例即為氧指數。氧指數反映的是材料燃燒需要的最低氧氣濃度，可以直接反映材料燃燒的難易程度。本項目采用SBS改性瀝青及摻入阻燃劑的SBS改性瀝青進行試驗對比，試驗數據如表3所示。

根據表3數據可以得出結論：加入阻燃劑后的改性瀝青燃燒所需要的氧氣含量大了一倍，較之普通的SBS改性瀝青更難以燃燒，能達到良好的阻燃效果。

2.5阻燃瀝青及SBS改性瀝青煙密度等級檢測

煙密度是指瀝青在燃燒狀態下產生的煙霧密度，通常以煙密度等級來表示，采用煙密度測試儀進行檢測。

本項目對SBS改性瀝青及摻入阻燃劑的SBS改性瀝青進行試驗對比，試驗數據如表4所示。

根據試驗數據可以得出結論：加入阻燃劑后的SBS改性瀝青生煙量明顯小于普通的SBS改性瀝青。在同等燃燒條件下，阻燃瀝青產生的煙霧量更小，對隧道發生火災時的人員逃生更有利。

2.6阻燃瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料技術指標檢測

根據上面層配合比拌制阻燃SBS改性瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料，并進行各方面技術指標檢測，對比各項數據的差異性。試驗依據為JTG E20-2011，判定依據為JTG F40-2004。檢測結果如表5、表6所示。

通過對混合料進行全面試驗檢測分析得出結論：使用同樣配合比拌制的阻燃瀝青混凝土及普通SBS改性瀝青混凝土混合料各方面技術指標均滿足規范要求。混合料各項指標除了凍融劈裂強度比有所降低以外，其余指標基本沒有變化。

凍融劈裂強度試驗采用馬歇爾試件進行試驗。試件雙面擊實各50次，孔隙率控制在7%左右，采用抽真空法使水分全部進入試件內部，放入冰箱中冰凍16h使水分固結膨脹，再放入60℃恒溫水箱中24h，最后放入25℃恒溫水箱中保溫2h后進行劈裂試驗，測出劈裂強度。劈裂強度反映了在低溫情況下的抗水毀能力。而劈裂強度比指的是未經過凍融的馬歇爾試件劈裂強度與經過凍融的馬歇爾試件劈裂強度的比值，這個比值越大，表明混合料經過凍融后的劈裂強度與未經過凍融的劈裂強度差距越小，混合料的抗低溫水毀能力越強。根據試驗檢測數據可知，摻入阻燃劑的SBS改性瀝青混合料相對于普通SBS改性瀝青混合料凍融劈裂強度比下降4.6%，再一次驗證了摻入阻燃劑后對瀝青低溫抗裂性的不利影響。

2.7阻燃瀝青阻燃效果研究

通過對普通的SBS改性瀝青及阻燃SBS改性瀝青的試驗對比可知，阻燃瀝青相對于改性瀝青更難以燃燒且燃燒后的發煙量更小。但是此數據僅僅反映了阻燃瀝青的阻燃性能，并不能直接反映阻燃瀝青混凝土的阻燃效果，因此必須對阻燃瀝青混凝土的阻燃效果進行試驗研究。

將拌制好的阻燃瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料各取10kg，放置于托盤中，各倒入200mI酒精進行燃燒試驗，記錄各自的燃燒時間，共進行3組試驗，相關試驗數據如表7所示。

根據燃燒試驗可得知，在相同條件下，阻燃瀝青混凝土的燃燒時間比普通SBS改性瀝青混凝土少了44%。此結果可以說明阻燃瀝青的阻燃效果還是非常明顯的，但是由于此次試驗采用的混合料未碾壓成型，與施工完成后的瀝青混凝土路面實際情況不符，并不能完全反映瀝青混凝土的阻燃效果。因此，為了更好地模擬阻燃瀝青路面的實際阻燃效果，采用規格為300mm×300mm×50mnq的車轍板進行燃燒試驗，酒精含量取200mI。燃燒時間數據如表8所示。

根據燃燒開始的火焰大小可以看出，在同等量燃料的前提下，阻燃瀝青混凝土的火量遠遠少于普通的SBS改性瀝青混凝土的火量。當隧道發生火災時，阻燃瀝青混凝土路面的初始火量少于普通的SBS改性瀝青混凝土路面的，這就使洞內人員有足夠多的逃生時間，增強了安全性。

根據車轍板的燃燒時間可以得知，在同等條件下，阻燃瀝青混凝土路面的燃燒時間比普通的SBS改性瀝青混凝土路面少了94%。此數據不但直接反映了阻燃瀝青混凝土的防火性能，還在一定程度上說明了以下兩個問題：

（1）同等量燃料的情況下，碾壓過后的瀝青混凝土燃燒時間遠遠低于松散的瀝青混合料的，說明碾壓過后的瀝青混凝土一在定程度上可以減少燃燒的時間;

（2）同等量燃料的情況下，碾壓過后的阻燃瀝青混凝土的防火性能進一步得到提高，防火性能翻一番。

3結語

根據以上試驗檢測數據可以得出結論：由該阻燃劑制作的阻燃瀝青混凝土各方面性能指標均滿足施工規范要求。阻燃劑的摻入對混合料的低溫抗裂性能有一定不利影響，但是在阻燃性能上有較大的提高，能極大地增加隧道內行車的安全性。在長隧道中使用阻燃瀝青混凝土鋪筑路面具有較大的社會效益，值得推廣。